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Ammine e composti azotati

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Classificazione
Ammine e composti
azotati
prof.ssa Silvia Recchia
• Le ammine sono derivati dell’ammoniaca in cui uno o più
idrogeni è stato sostituito da un alchile o un arile.
• Sono le basi più forti presenti negli organismi viventi in
ammino acidi, peptidi, proteine, basi eterocicliche degli acidi
nucleici, alcaloidi, etc. e sono catalizzatori di importanti
reazioni biologiche.
R'
NH3
ammoniaca
Classificazione
benzildimetilammina
ammina 3°
• ammine aromatiche: ammine nelle quali l’azoto è legato ad
uno o più gruppi arilici
N-metilanilina
ammina 2°
aromatica
CH3
NH
• ammine eterocicliche: ammine nelle quali l’azoto è inserito
in un anello aromatico o alifatico
N
N
H
piridina
pirrolo
1o
R NH R'
2o
R
N
R ''
3o
Inversione dell’azoto
• Le ammine vengono suddivise in:
• ammine alifatiche: ammine nelle quali l’azoto è legato solo
H3C
a gruppi alchilici
N CH3
CH2
RNH2
N
H
piperidina
N
H
pirrolidina
R'
R
N
R''
R'''
ione
tetraalchilammonio
quaternario
Inversione dell’azoto
Alcaloidi
ALCALOIDI Alcaloidi
La barriera dell’inversione è molto bassa: le ammine non sono
separabili.
orbitale sp2
R
OH
~6 kcal/mole
OH
efedrina (adrenalina)
orbitale sp3
R
R
R
N
R
R
R
O
O
CH3O
NH2
OCH3
O
N
NH2
HO
NHCH3
O
N
H
O
HO
O
N
H
Coniina
H3C
O
N
Muscarina
N
H3C
O
Ph
HO
N
S Cl
N H3C
OH
N
Chinino
OH
O
Atropina
NH2
N
OH
H3C N
N
CH3
Nicotina
H
OCH3
H
N
N
CH3
Caffeina
Serotonina
CH3
N
Cl
CH3
H3C
CH3
N
N
tiamina
Vit B1
N
O
HO
Morfina
CH3
O
N
NHCH3
NOMENCLATURA
H3C
mescalina
O
O
NH
Composti Azotati
NH2
CH3O
OCH3
2
metilenediossimetanfetamina
metilenediossimetanfetamina
novocaina
(MDMA, “ecstasy”)
(MDMA, “ecstasy”)
I sali di ammonio quaternario sono separabili.
OH
dopamina
(trasmissione nervosa)
mescalina
efedrina (adrenalina)
O
orbitale sp3
N
CH3O
CH3O
NHCH3
NHCH3
NH2
HO
OH
dopamina
anfetamina
(trasmissione nervosa)
anfetamina
N R
R
NH2
HO
NH2
NH2
NH2
novocaina
NOMENCLATURA
NOMENCLATURA
Nomenclatura
NOMENCLATURA
Proprietà fisiche
Ammine eterocicliche
R
NH2
N
N
H
anilina
indolo
N
N
H
N
piridina
piperidina
pirimidina
• Le amine sono composti moderatamente polari
• legami idrogeno N–H----N sono più deboli di
O–H----O (differenza in elettronegatività tra N e
H (3.0 – 2.1 = 0.9) è < di quella tra O e H (3.5 –
2.1 = 1.4))
N H
H
sp3
trigonale piramidale
PM
p.eb., °C
CH3CH3
CH3NH2
CH3OH
30.1
31.1
32.0
–88.6
<
–6.3
NH2
N
N
H
N
H
N
H
p.eb., °C
pirrolo
pirrolidina
imidazolo
Sono solubili in acqua.
48
<
65.0
NH
<
34
N
<
3
Solubilità e odore
LA PREPARAZIONE DELLE AMMINE; L'ALCHILAZIONE
DELL'AMMONIACA E DELLE AMMINE
• Ammine corte (<6 C) sono solubili in acqua.
• Tutte le ammine sono accettori di legame idrogeno da acqua e
alcoli.
• La ramificazione aumenta la solubilità.
• La maggior parte delle ammine puzzano di pesce in
putrefazione.
H2N
H2N
NH2
NH2
putrescina
1,4-butandiammina
cadaverina
1,5-pentandiammina
nella carne in
putrefazione
11
LA PREPARAZIONE DELLE AMMINE; L'ALCHILAZIONE
DELL'AMMONIACA E DELLE AMMINE
Sintesi di Ammine
1. Alchilazione diretta – ammine 1°
• Le ammine reagiscono con gli alogenuri 1° con meccanismo SN2.
• Problema: polialchilazione: si formano miscele di prodotti mono-, di-, and
tri-alchilati e infine sali di tetralchilammonio.
NH3
Nu
B
Nu
B
RX
RX
RNH2
NH3 + RX
R2NH
RX
R 3N
RNH3+ + X–
NH3 + RNH3+X–
RNH2 + RX
NH3 + R2NH2+ X–
RNH2 + NH4+X–
R2NH2+ + X–
RX
R4N+X–
La reazione
dovrebbe
fermarsi qui
R2NH + NH4+X– etc. etc.
• L’alchilazione non può essere controllata!
• Per fare un’ammina 1° si usa un largo eccesso (10:1) di ammoniaca
con un alogenuro 1° o un tosilato 1° (SN2).
13
LA PREPARAZIONE DELLE AMMINE; L'ALCHILAZIONE
DELL'AMMONIACA E DELLE AMMINE
LA PREPARAZIONE DELLE AMMINE; LA RIDUZIONE DI
COMPOSTI AZOTATI
Il metodo migliore di preparazione delle ammine aromatiche primarie è la
riduzione dei corrispondenti nitrocomposti
Le ammidi possono essere ridotte ad ammine con LiAlH4
LA PREPARAZIONE DELLE AMMINE; LA RIDUZIONE DI
Sintesi
di Ammine
COMPOSTI AZOTATI
3b. Riduzione di nitrili
• Il cianuro –C≡N è un buon nucleofilo per SN2.
• La riduzione del nitrile con H2/cat o LiAlH4 fornisce il gruppo –CH2NH2
(1 C in più rispetto alla catena originaria)
R X
Br
NaCN
DMSO
NaCN
R C N
CN
H2
cat.
1) LiAlH4
2) H 2O
RCH2NH2
CH2NH 2
Sintesi
di AMMINE;
Ammine
LA PREPARAZIONE
DELLE
LA RIDUZIONE
AMINATIVA DI ALDEIDI E CHETONI
4. Aminazione riduttiva di aldeidi o chetoni
• È una interessante reazione che ha il suo equivalente biologico nella
biosintesi degli ammino acidi.
• Si fa reagire un’aldeide o un chetone in presenza di un agente
riducente (H2/Ni, sodio cianoboroidruro Na(CN)3BH3, litio
cianoboroidruro Li(CN)3BH3, sodio acetatoboroidruro Na(Ac)3BH)
con:
1. ammoniaca: si ottiene un’ammina primaria
2. un’ammina primaria: si ottiene un’ammina secondaria
3. un’ammina secondaria: si ottiene un’ammina terziaria
21
LA PREPARAZIONE DELLE AMMINE; LA RIDUZIONE
di Ammine
AMINATIVASintesi
DI ALDEIDI
E CHETONI
BASICITA’
4. Aminazione riduttiva di aldeidi o chetoni
1)
NH3
O
1) LiAlH4
NH
2) H3O+
H+
CH3NH 2
N
CH3
1) LiAlH4
H 3C
3)
(CH 3)2NH
H
H+
CH3
2) H3O
immina
O
HN
+
H+
2)
NH2
ammina 1°
immina
O
Il doppietto di elettroni non condivisi sull'atomo di azoto domina il
comportamento chimico delle ammine.
È grazie a tale doppietto che le ammine sono basi e nucleofili.
ammina 2°
N
CH 3
H3C
Na(CH3 COO)3BH
H
sale di imminio
N
CH 3 COOH
22
BASICITA’
I gruppi alchilici sono elettron-repulsori rispetto all'idrogeno e questo
effetto stabilizza lo ione ammonio rendendo più basiche le ammine più
sostituite; per contro, la sostituzione porta ad una meno efficace
solvatazione dello ione ammonio coniugato.
I due effetti tendono a compensarsi.
CH 3
L’ammoniaca ha pKa = 9.26.
Le alchil ammine sono di solito basi più forti dell’ammoniaca
(pKa 9.8 – 11)
La basicità dipende da:
• Solvatazione: aumentando il numero di gruppi alchilici, la
solvatazione dello ione diminuisce (e con essa la stabilizzazione
dell’acido coniugato), per cui le ammine 2° e 3° hanno basicità
simile alle 1°.
• Ogni delocalizzazione del doppietta diminuisce la basicità.
BASICITA’ delle AMMINE AROMATICHE
BASICITA’ AMMINE vs AMMIDI
ACIDITA’ AMMINE vs AMMIDI
catione stabilizzato
per risonanza
LA REAZIONE DELLE AMMINE CON GLI ACIDI FORTI; I SALI DELLE AMMINE
REAZIONI
DELLE
AMMINE
ACILAZIONE DELLE AMMINE CON I DERIVATI DEGLI ACIDI CARBOSSILICI
Le ammine sono nucleofili all'azoto. Reagiscono con il carbonile dei derivati
degli acidi (alogenuri acilici, anidridi ed esteri) in accordo col meccanismo della
sostituzione nucleofila acilica.
COMPOSTI DI AMMONIO QUATERNARI
Stati di ossidazione dell’azoto
• Mentre l’ossigeno ha 2 soli stati di ossidazione, 2 e 1, l’azoto ne ha
molti, da 3 a +5.
Stato OX
Formule (nomi)
_3
R3N (ammine)
R4N(+) (ammonio)
C=N–R (immine)
C N (nitrili)
_2
R2N–NR2 (idrazine)
C=N–NR2 (idrazoni)
_1
RN=NR (azo composti)
R2NOH (idrossil ammina)
R3NO (ammina ossido)
0
N2 (azoto)
R–N2(+) (diazonio)
+1
R–N=O (nitroso)
+3
R-NO2 (nitro)
RO–N=O (nitrito)
36
I SALI DI DIAZONIO AROMATICI
Le ammine aromatiche primarie reagiscono con l'acido nitroso a 0 °C per dare
ioni arildiazonio. La reazione prende il nome di DIAZOTAZIONE.
Si possono dialogare solo le ammine primarie
LA DIAZOCOPULAZIONE; I COLORANTI AZOICI
Il diazogruppo può essere sostituito da vari nucleofili, in reazioni che
sviluppano come sottoprodotto azoto gassoso.
acido!
carbossilico!
aromatico
•
La conversione dei sali di diazonio in
cloruri, bromuri o cianuri arilici si
realizza con l'ausilio di sali rameosi e
prende il nome di reazione di
Sandmeyer.
•
•
Gli ioni arildiazonio sono elettrofili deboli, perché la carica positiva è
delocalizzata per risonanza;
reagiscono con gli anelli aromatici fortemente attivati (in particolare
con fenoli e ammine aromatiche) formando AZOCOMPOSTI.
Questa reazione di sostituzione elettrofila aromatica si chiama
DIAZOCOPULAZIONE.
Reazione di diazocopulazione
Tutti gli azo composti sono colorati e molti trovano impiego
nell’industria come COLORANTI per tessuti e nella fotografia a colori.
N N
N N
X
Nu
N N Nu
azocomposto
E>Z
• A meno che l’azocomposto non sia stabilizzato, la reazione retroscinde.
• La più importante applicazione è la SE aromatica di aromatici attivati da parte
del sale di diazonio. Gli azocomposti che si formano sono colorati dal giallo al
blu, dipendentemente dalla sostituzione e sono usati come coloranti.
Z
N N
Z
X
N N
+
Y
Il gruppo Z elettronattrattore aumenta
la elettrofilicità dell’N
Z
N N
Il gruppo Y
elettrondonatore
aumenta la
nucleofilicità
dell’anello: O-,
NR2, NHR, OR
Y
44
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